KR20080011126A - 굴착기용 커터 헤드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 커터 모터를 가지는 굴착기용 커터 헤드에 관한 것으로서, 각각의 커터 모터는:

- 고정 판(20);

- 상기 고정 판에 체결되며, 중심부(30) 및 상기 고정 판의 양쪽에 배치된 2개의 장착 조립체(32, 34)를 가지는 장착 구조물;

- 상기 장착 조립체에 각각 장착되는 2개의 유압 모터(44, 46);

- 상기 2개의 유압 모터용의 공동의 축(50);

- 상기 유압 모터에 의해 사용되는 액체를 유동을 통과시키기 위하여 상기 고정 판의 두께 내에 형성되는 복수의 도관들(70); 및

- 상기 장착 구조물의 중심부(30) 내에 형성되며, 우선은 상기 도관들(70)에 연결되고 둘째로는 각각의 상기 도관에 대해 상기 2개의 모터 각각을 연결하기 위하여 상기 유압 모터에 연결되는 복수의 덕트들(72); 을 포함한다.

굴착기, 커터 헤드, 커터 모터, 고정 판, 장착 구조물, 유압 모터, 도관, 덕트

Description

굴착기용 커터 헤드{A CUTTER HEAD FOR AN EXCAVATOR MACHINE}

본 발명은 통상 커터로 언급되는 굴착기용 커터 헤드에 관한 것이다.

커터형 굴착기는 지면에서 100 미터(m)까지의 상당한 깊이로 굴을 파는 데에 통상적으로 사용되는데, 굴의 폭은 대체로 500 밀리미터(mm) 내지 1500 mm의 범위에 있으며 그 깊이에 비하여 상대적으로 작다. 이러한 굴착기의 장점은 상기한 깊이의 굴이 정확하게 수직으로 되는 조건을 따르면서 만들어질 수 있게 하는 것이다. 굴은 인접한 지층을 연속적으로 파냄으로써 얻어진다.

일반적으로, 커터는 굴이 만들어짐에 따라 굴착기에 기계적인 안내를 제공하도록 기능하는 상당한 높이의 박스형 구조물에 의해 구성된다. 박스형 구조물의 하단부에는 커터 헤드가 있다. 이러한 굴착기는 공지되어 있으며, 따라서 커터 도구가 장착되는 한 쌍의 드럼을 각각 통상적으로 갖는 2개의 커터 모터에 의해 커터 헤드가 통상적으로 구성된다는 것을 언급하는 것만으로도 충분하다. 각 쌍의 드럼은 공통의 축선을 중심으로 회전하며, 커터 모터의 2개의 축선은 사용시 평행 및 수평으로 된다. 커터 드럼은 유압 모터에 의해 구동되어 회전한다.

다양한 형태의 장착이 가능하다. 제조업자인 바우어(Bauer)에 의해 특별히 적용된 구성에서, 유압 모터는 커터 헤드 위의 박스형 구조물의 내부에 설치된다. 유압 모터는 커터 모터의 베어링을 형성하는 판의 내부를 통과하는 실질적으로 수직인 소직경의 축을 통해 동력을 전달한다. 수직 축은 수평 축에 운동을 전달하는 한 쌍의 베벨 기어와 맞물린다. 유성 기어 시스템은 커터 드럼에 효율적인 구동을 제공하기 위해 회전 속도를 감소시키고 토크를 증가시킨다.

제조업자인 카사그란데(Casagrande)에 의해 특별히 적용된 다른 하나의 구성에서, 유압 모터는 커터 헤드 위의 굴착기의 박스형 구조물의 하부에 위치되며, 동력은 전동 체인에 의해 커터 드럼에 전달된다.

쏠레땅쉬(Soletanche) 명의의 유럽 특허 EP 0 262 050호는 커터 드럼을 구동시키는 방법을 개시하고 있는데, 여기에서, 단일의 유압 모터가 커터 드럼의 내부에 장착되어 감속 기어장치의 스테이지 또는 직접 전동장치에 의해 커터 드럼에 연결된다. 유럽 특허 EP 0 262 050호에는 유압 동력이 모터에 가해지는 방식은 기재되어 있지 않다.

위에서 언급한 처음 2가지 형태의 굴착기는 커터 헤드 위에 유압 모터를 구비하므로 더 복잡하고 비용이 더 많이 드는 방식으로 모터를 장착하는 두드러진 결점을 나타낸다. 특히, 커터 헤드를 신속하게 교환하는 것이 불가능하다.

또한, 처음 2가지 형태의 커터용 전동 시스템의 구성요소들(기어장치, 감속기, 체인)은, 쏠레땅쉬 명의의 유럽 특허에 개시된 구성에서 발생하지 않는 15%대의 비교적 높은 손실에 이르게 한다.

덧붙여 말하면, 토목공사의 종류 및 굴착되는 지층에 따라, 커터 드럼의 회 전 속도 및 토크에 관련된 매개 변수들을 변경시킬 수 있는 것이 유리하다.

본 발명의 목적은, 일반적으로 대략 1.4 m 인, 커터 공구와 결합되는 커터 드럼의 직경에 의해, 그리고 본 발명의 특정 구성에서 바람직하게 600 mm 내지 1500 mm 의 범위에 놓여있는 커터 헤드의 두께에 의해 결정되는 이용가능 체적 내에서 토크 및/또는 속도의 측면에서 종래의 굴착기에 비해 보다 나은 성능을 구비하는 커터형 굴착기 용의 커터 헤드를 제공하고자 하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따르면, 적어도 하나의 커터 모터로 구성되는 굴착기용 커터 헤드로서, 상기 커터 모터는:

- 고정 판;

- 상기 고정 판과는 별개이고, 상기 고정 판에 체결되며, 중심부 및 상기 고정 판의 중앙면의 양쪽에 배치된 2개의 장착 조립체를 가지는 장착 구조물;

- 각각의 상기 장착 조립체에 각각 장착되는 2개의 유압 모터;

- 상기 고정 판에 수직이며 양쪽 유압 모터용의 공동의 축;

- 상기 유압 모터에 의해 사용되는 액체를 공급하기 위해 상기 고정 판의 두께 내에 형성되는 복수의 도관들; 및

- 상기 장착 구조물의 중심부 내에 형성되며, 우선은 상기 도관들에 연결되고 둘째로는 각각의 상기 도관에 대해 상기 2개의 모터 각각을 연결하기 위하여 상 기 유압 모터에 연결되는 복수의 덕트들; 을 포함하는 커터 헤드가 제공된다.

본 발명의 구성에 의하면, 공동의 축 상에 장착되는 2개의 커터 드럼 세트는 2개의 유압 모터에 의해 동시에 구동됨을 알 수 있을 것이다. 이것은 커터 드럼을 구동하기 위하여 더욱 큰 힘을 만들어낼 수 있도록 한다. 또한 유체의 공급 및 유압 모터를 떠나는 유체의 제거는, 일차로 고정 판의 두께 내에 형성된 복수의 도관들에 의해, 그리고 2차로 장착 구조물의 중심부 내에 형성되는 덕트들에 의해 이러한 유동이 얻어지기 때문에, 최적화될 수 있음을 알 수 있을 것이다. 따라서, 유압 모터는 커터 헤드의 단부 각각에서 접근될 수 있고, 그에 따라 상대적으로 용이하게 제거될 수 있다.

부언하면, 장착 구조물의 중심부가 고정 판과는 별개의 부분이기 때문에, 이 고정 판은 얇은 두께를 가질 수 있다. 도관들은 고정 판 내에 형성되어만 있다면 직선으로 이루어질 수 있다. 그에 비해, 유압 모터에 인도되는 연결 덕트들은 장착 구조물의 중심부 내에, 즉 이용가능한 공간이 있는 위치에 형성된다.

나아가서, 고정 판 및 유압 모터 장착 구조물로 구성된 조립체는 굽힘 변형력을 수용하기에 충분한 강성을 가진다.

바람직하게, 커터 헤드는 상기 도관들 중 하나에서 공급되는 유체를 제어하여 유압 모터의 실린더 용량 변화를 제어하기 위한 시스템을 포함한다.

나아가서, 또한 바람직하게, 상기 유압 모터의 작동을 위해 커터 헤드의 장착 구조물의 중심부 내에 형성되는 덕트들은, 유압 모터의 로터의 면들에 대항하여 이송 액체에 의해 야기되는 축선방향 추력이 실질적으로 균형이 이루는 방식으로 만들어진다.

이러한 구성 때문에, 2개의 유압 모터의 작동으로 인한 축선방향 추력은 보상됨을 알 수 있다. 그러므로 베어링과 같은 기계적인 시스템에 의해 흡수될 필요가 있는 축선방향 추력은, 단지 굴삭이 일어나고 있는 지반 내의 불균일성에 의해 커터 드럼에 가해질 수 있는 축선방향 추력뿐이다.

또한 바람직하게, 커터 드럼은, 유압 모터 조립체의 외측 표면과 커터 드럼, 즉 보다 정확하게는 커터 드럼의 림과의 사이에 개재되어 있는 베어링을 경유하여 2개의 장착 조립체 상에 장착된다. 이와 같은 이유로, 베어링은 굽힘력에 대항할 필요가 없다.

본 발명의 또 다른 특징들 및 장점들은 한정하고자 하는 것이 아니라 단지 예시로서 주어진 본 발명의 실시형태의 이어지는 설명에 더욱 잘 개시되어 있다. 이 설명은 첨부 도면을 참조하여 이루어진다.

도 1a 및 도 1b는 커터형 굴착기의 전체 형상을 도시하는 개략도이다. 이 굴착기는 실질적으로 직사각형이며 수평으로 움직이는 부분인 비교적 긴 박스형 구조물(12)로 구성되어 있다. 박스형 구조물의 상단부(12a)는 도르래 장치가 통과하는 풀리(14)에 끼워져서 커터(즉, 박스형 구조물(12))를 지지한다. 박스형 구조물(12)의 하단부(12b)에는 2개의 동일한 커터 모터(16, 18)가 설치되어 커터 헤드를 형성한다. 각각의 커터 모터(16 또는 18)는 고정 판(20)과 이 고정 판(20) 상에 장착되되 그 중앙면에 대하여 대칭적으로 장착된 2개의 커터 드럼(22, 24)으로 구성되어 있다. 본 발명은 커터 모터(16, 18)의 커터 드럼(22, 24)에 회전 구동력을 가하는 것에 관한 것이다.

또한, 도 1a에는 깎인 지반토를 흡입하기 위한 노즐(17)과 흡입력을 가하기 위한 펌프(19)도 도시되어 있다.

도 2를 참조하면서, 커터 모터를 구성하는 한 쌍의 커터 드럼(22, 24)이 회전 구동되는 일반적인 구조에 대하여 설명하기로 한다.

커터 모터(16)는, 고정 판(20)에 체결되고, 축선 XX'을 중심으로 원형인 개구부(28)에 결합되는 장착 구조물(26)을 포함한다. 장착 구조물(26)은, 고정 판(20)의 중앙면을 중심으로 실질적으로 대칭인 중심부(30)와, 이 중심부(30)의 양쪽에서 대칭으로 뻗어있는 2개의 장착 조립체(32, 34)를 가진다. 이 중심부는 고정 판(20)의 개구부(28) 내에 결합된다. 도시된 특정 실시형태에 있어서, 장착 조립체(32, 34)는 원통형 부싱(36, 38)에 의해 구성되며, 그에 따라 외측방향으로 개방된 2개의 실질적으로 원통형인 장착 공동(40, 42)이 형성된다. 이 장착 공동(40, 42) 내측에는, 유압 모터(44, 46)가 장착되는 것이 바람직하지만, 필수적인 것은 아니다. 각각의 유압 모터는 스테이터(44a, 46a) 및 로터(44b, 46b)를 포함한다. 각각의 로터(44b, 46b)는 축선 XX'과 일치하는 공동의 축(50) 상에 장착되어 있다. 이 축(50)의 중간부(50a)는 적절하게 제공되는 보어를 경유하여 장착 구조물의 중심부(30)를 관통한다. 축(50)의 단부(50b, 50c)는 구동부, 즉 림(52, 54)에 체결된다. 이 커터 드럼(22, 24)은 림(52, 54)에 장착되어 있다. 이 림(52, 54)은, 유압 모터의 장착 조립체를 형성하는 부싱(36, 38)의 외측 면(36a, 38a)에 장착되는 베어링(56, 58)에 의해 회전 가능하게 안내 및 지지되고 있다. 본질적으로 베어링(56, 58)의 기능은 커팅 작동중 커터 드럼에 의해 가해지는 힘을 흡수하기 위한 것이다.

유압 모터의 작동을 위해 요구되는 액체와 그 환경은 다음과 같은 방식으로 유동을 야기시킨다. 부재번호 70과 같은 도관들이 고정 판(20)의 두께 내에 드릴 가공된다. 덕트(72)가 장착 구조물의 중심부(30) 내에 만들어진다. 이 중심부는 고정 판보다 두꺼운 두께를 갖는다. 중심부의 두께는 전형적으로 대략 400mm이다. 도관의 일단은 커터의 박스 구조물 내에 위치되는 각각의 유체 이송 혹은 배출 파이프에 연결되는 한편, 그 타단은 도 2에 부재번호 72로 도식적으로 표시되는 덕트에 연결된다. 이들 덕트는 직선이므로, 고정 판(20)은 얇은 두께를 가질 수 있지만 여전히 충분한 기계적 강도를 가진다. 그 두께는 60mm까지로 제한될 수 있다. 고정 판 아래에서는, 커터 드럼이 지반을 직접적으로 깎아낼 수 없기 때문에 이것은 매우 중요하다. 이러한 고려 하에서 본 실시형태에 있어서는 이하 설명되는 바와 같이, 5개의 이송 도관(70)이 존재한다. 즉, 유압 모터에 공급되는 고압 오일용 도관, 유압 모터로부터 복귀하는 저압 오일용 도관, 유압 모터로부터 누출되는 오일의 드레인용 도관, 커터 모터의 내측으로 굴착된 진흙이 침투하는 것을 방지하기 위해 커터 모터의 밀봉 개스킷에 균형 압력을 공급하기 위한 오일 도관, 및 커터 모터가 유압 모터의 실린더 용량을 변경해주는 장치와 결합되는 경우 이 유압 모터의 실린더 용량을 변경해주는 장치를 제어하기 위하여 유압을 전달하기 위한 도관이 존재한다.

사실상, 각각의 유압 모터는 커팅 조건에 적합하도록 2개의 상이한 실린더 용량을 가질 수 있다. 실린더 용량의 변경은 장착 구조물의 중심부(30) 내에 장착되는 유압 시스템에 의해 제어된다.

압력 균형 시스템은 이미 공지되어 있다. 그러므로 상세하게 설명할 필요는 없다. 본 발명에 있어서 이 균형 시스템을 공급하는 덕트들이 고정 판(20) 내에 구비되어 있다는 것을 기억하는 것으로 충분하다.

부재번호 72와 같은 덕트는 장착 구조물의 중심부(30) 내에 형성되어 있다. 이들 덕트는 양쪽 유압 모터(44, 46)에 대해 동일한 방식으로 액체를 공급하거나 복귀시키기 위하여 대칭인 것이 바람직하다.

덕트(72)가 유압 모터의 회전부에 연결되어 있는 한, 이들 덕트는, 로터(44b, 46b)의 유체 입구 혹은 출구와 공급 덕트와의 사이의 회전 연결을 제공하는, "면" 으로 언급되는, 부재번호 74 및 76과 같은 분배 시스템에서 종결된다.

각각의 덕트(72)가 2개의 유압 모터(44, 46)에 대칭적으로 상응하는 이들 면(74, 76)에 연결되어 있는 한, 유압 모터(44, 46)의 공급 면들 상에서 액체 혹은 오일에 의해 작용되는 압력은 동일하며 그에 따라 축선방향으로 균형잡히게 된다는 것을 알 수 있을 것이다.

이러한 구성의 장점 중 하나는, 그렇지 않다면 이송 액체로 인하여 야기될 수도 있는 축선 XX'의 방향을 따른 축선방향 추력(thrust)을 흡수하기 위해서 베어링 혹은 접합부를 설치할 필요가 없다는 것이다. 그렇지만, 유압 모터의 공급 면들(74, 76)에서 추력의 유효한 보정이 없더라도 본 발명을 벗어나지 않으며, 이것 은 어떠한 환경 하에서는 유리할 수 있다.

도 3은 도관들(70) 및 덕트들(72)을 더욱 상세하게 나타낸다. 특히, 고정 판(20)의 두께 내에 형성되는 5개의 공급 도관들(70a 내지 70e)을 볼 수 있다. 본 도면에 더욱 상세하게 도시된 바와 같이, 도관들(70a 내지 70e)은 열을 지어 있으며, 그 내측 벽에는 높은 정도의 유체-밀봉을 제공하는 동시에 양호한 기계적 강도를 갖는 층(78)으로 코팅된다. 도관들(70a 내지 70e) 내의 이러한 라이닝(76)은 압력 하에서의 액체의 유동에 대한 밀봉 및 완전무결함을 제공하는 한편, 상술한 바와 같이, 도관(70)의 선형 특성과도 협력하여, 고정 판(20)이 상대적으로 얇은, 예를 들어 대략 60mm의 두께(e)를 가질 수 있도록 한다. 고정판의 두께가 커터 드럼(22, 24)이 작용하지 못하는 구역을 한정하는 것이므로, 고정 판이 상대적으로 얇은 두께를 가지도록 하는 것이 중요하다는 것을 알 수 있을 것이다. 이러한 고정 판(20)의 존재는 커터 드럼(22, 24)에 의해 실질적으로 굴착되는 구역들 사이에 남겨지는 부분을 야기한다. 지층이 매우 단단한 경우 이러한 남겨진 부분은 종종 제거하기 매우 어려울 수 있다.

도관들(70a 내지 70e)의 바닥 단부는 장착 구조물의 중심부(26) 내에서 대칭적으로 뻗어있는 덕트들(72a 내지 72e)에 연결되어 있다. 덕트들의 단부는 유압 모터의 회전부와 연통하기 위하여 면들 내에서 개방된다. 유압 모터(44, 46)까지 고압을 공급하기 위하여 또한 유압 모터로부터의 저압을 배출하기 위하여 사용되는 덕트들(72a 내지 72e)은 중심부(26)의 축선 XX'로부터 동일한 거리에 위치하고 있다.

도 1a 및 도 1b는 커터형 굴착기 전체의 정면도 및 측면도이고,

도 2는 커터 모터의 필수 구성요소들을 도시한 종단면도이고,

도 3은 도 2의 커터 모터의 A-A 선을 따른 단면도이다.

Claims (8)

1. 적어도 하나의 커터 모터를 가지는 굴착기용 커터 헤드로서, 각각의 커터 모터는:

   - 고정 판(20);

   - 상기 고정 판과는 별개이고, 상기 고정 판에 체결되며, 중심부(30) 및 상기 고정 판의 중앙면의 양쪽에 배치된 2개의 장착 조립체(32, 34)를 가지는 장착 구조물(26);

   - 각각의 상기 장착 조립체에 각각 장착되는 2개의 유압 모터(44, 46);

   - 상기 고정 판에 수직이며 양쪽 유압 모터용의 공동의 축(50);

   - 상기 유압 모터에 의해 사용되는 액체를 공급하기 위해 상기 고정 판(20)의 두께 내에 형성되는 복수의 도관들(70); 및

   - 상기 장착 구조물의 중심부(30) 내에 형성되며, 우선은 상기 도관들(70)에 연결되고 둘째로는 각각의 상기 도관(70)에 대해 상기 2개의 모터 각각을 연결하기 위하여 상기 유압 모터에 연결되는 복수의 덕트들(72); 을 포함하는 커터 헤드.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 2개의 유압 모터(44, 46)는 동일하며, 상기 고정 판(20)의 중앙면을 중심으로 대칭인 것을 특징으로 하는 커터 헤드.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 커터 헤드는 커터 드럼을 장착시키기 위한 2개의 림들(52, 54)을 가지며, 각각의 림은 상기 공동의 축(50)의 단부 중 하나와 이동하도록 연결되며, 커터 드럼을 지지하는 상기 림을 적어도 회전 가능하게 안내하도록 상기 장착 조립체의 외측 면 상에는 베어링들(56, 58)이 장착되는 것을 특징으로 하는 커터 헤드.
4. 청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 커터 헤드는, 상기 도관들(70) 중 하나에 의해 공급되는 유체에 의해 제어되는, 유압 모터의 실린더 용량을 변화시키기 위한 제어 시스템을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 커터 헤드.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 유압 모터(44, 46)를 위해 장착 구조물(26)의 중심부(30) 내에 형성된 덕트들(72)은, 상기 유압 모터의 면에 대항하여 이송 액체에 의해 야기되는 축선방향 추력이 균형을 이루는 방식으로 만들어지는 것을 특징으로 하는 커터 헤드.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,

   각각의 상기 유압 모터(44, 46)는 밀봉 개스킷에 대한 압력 균형 시스템을 더 포함하고 있으며, 상기 압력 균형 시스템의 공급 도관은 상기 고정 판(20) 내에 형성된 도관들(70) 중 하나인 것을 특징으로 하는 커터 헤드.
7. 청구항 3에 있어서,

   각각의 상기 장착 조립체(32, 34)는 원통형 부싱(36, 38)을 포함하며, 상기 베어링(56, 58)이 상기 원통형 부싱의 외측 면 상에 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 커터 헤드.
8. 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 고정 판(20)은 상기 장착 구조물(26)의 중심부(30)가 장착되는 개구부(28)를 포함하는 것을 특징으로 하는 커터 헤드.

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